JP2561603B2 - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JP2561603B2
JP2561603B2 JP4350549A JP35054992A JP2561603B2 JP 2561603 B2 JP2561603 B2 JP 2561603B2 JP 4350549 A JP4350549 A JP 4350549A JP 35054992 A JP35054992 A JP 35054992A JP 2561603 B2 JP2561603 B2 JP 2561603B2
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capacitor
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electric field
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晃 間瀬
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敏次 浜谷
光範 坂間
利治 山口
一平 小林
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、液晶装置に関し、よ
りコントラスト比の向上を図り、マイクロ・コンピュ−
タ、ワ−ドプロセッサまたはテレビ等の表示部の薄膜化
を図る液晶装置、さらにディスクメモリ等のメモリ装
置、スピ−カ等の音響機器へ応用する液晶装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶を用いて液晶装置を作製せん
とする場合、この液晶の一対の基板の内側に一対の電極
を設け、その電極上に対称配向膜を設ける方式が知られ
ている。
【0003】しかし、かかる単純マトリックス構造また
は各画素に非線型素子が直列に連結されたアクティブ素
子構造において、最も重要な要素として、前記した液晶
材料が十分大きいEc(臨界電界またはスレッシュホ−ル
ド電界)を有することが重要である。このEcは液晶が所
定の電界以下では初期の状態(例えば非透過)を維持
し、所定の電界以上においてきわめて急峻に反転し、他
の状態(例えば透過)を呈する現象、およびこの逆に透
過より非透過となる現象をいう。即ち、このEcはEc+(正
に電界を加える場合に観察される臨界電界) と、逆にEc
-(負に電界を加える場合に存在する電界) とがある。こ
のEc+ とEc- は必ずしも絶対値において同じではない
が、液晶に接する配向処理のプロセス条件により概ね一
致させることができ得る。
【0004】しかしかかるEc+ とEc- は、特にカイラル
スメクチックC相を用いる強誘電性液晶(FLC) において
は、その存在が不明確であり、この液晶を印加するパル
ス電界の電界強度とそのパルス巾との値に大きく依存し
ている。そのためマトリックス表示においては「ACバイ
ヤス法」として知られている励起方式を用いなければな
らないし、正方向に書換えんとする時は一度負のパルス
を加え、次に正のパルスを所定の電界強度と時間とを精
密に制御して加える。また逆に負方向に書き換えんとす
る場合も、一度正のパルスを加え、次に負のパルスを所
定の電界強度と時間との精密な制御のもとに加えなけれ
ばならない。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】上記のようにEcの存
在が不明確な場合、それを補うために周辺回路がきわめ
て複雑になってしまうため、ディスプレイ装置とした
時、これよりも簡単な周辺回路が求められている。その
ためには、液晶材料部分それ自身が十分明確なEcを有し
ていることが重要になる。さらにこのため非対称配向処
理(一方の配向処理層と他方の配向処理層の主成分又は
材料を異ならせる)を行う場合、このEc+とEc-とが異な
り、液晶に直列のバイヤス電圧も加えて実質的に対称と
なるようにしなければならない。また加えて、不十分な
Ecで満足せざるを得ないのが実情であった。
【0006】
【発明の目的】本発明は液晶それ自体にEcを有すること
を求めるのではなく、この液晶と配向膜(配向処理層)
とを一体物とみなし、その全体で実質的に有効なEcを得
んとしたものである。
【0007】
【問題を解決するための手段】かかる問題を解くため、
本発明は、第1の容量と第2の容量を有し、前記第1の
容量と前記第2の容量は電気的に直列に連結され、前記
第1の容量は自発分極を有する強誘電体より構成され、
前記第2の容量は液晶より構成され、前記第1の容量は
前記第2の容量より大きく、前記第2の容量に蓄積され
る電荷が前記第1の容量に蓄積される電荷により保持さ
れることを特徴としている。
【0008】本発明は本発明人によりなされ、本出願人
の出願による特許願60−265333(昭和60年11月25日出
願)をさらに改良したものである。本発明は電界の方向
で光のスィッチングを行う液晶に対し特に有効である。
このため特にその代表例として強誘電性液晶(FLCとい
う)を液晶材料として用い、以下の説明を行なう。
【0009】さらにかかる液晶のEcを決定する要素とし
てFLC に密接または実質的に密接させて、強誘電体(以
下FEともいう)の薄膜またはクラスタを設けたものであ
る。そしてこの液晶の強誘電体のEcを実質的にFEにより
決定するべく試みたものである。
【0010】即ち、本発明においてはこのFEを配向膜
(配向処理層)として用い、この配向膜が薄膜状または
クラスタ状を有し、さらにこのFEが自発分極を有する。
そしてこの配向膜は4000Å以下例えば平均膜厚100〜500
Å(クラスタの場合、一部にはFEを有し、他部には有さ
ない島状群にFEを存在させるため平均膜厚と称する)と
する。そしてこの配向膜は透光性であるが、光学的異方
性を好ましくは有さないものより選ばれる。
【0011】その縦断面図を図1に示す。図1において
強誘電性液晶(FLC)(1),配向膜(2),(2'),一対を構成す
る透光性電極(3),(3'),さらに透光性基板(4),(4')を有
する。
【0012】この図1の電気的等価回路を図2に示す。
図2(A) は図1の等価回路である。即ち端子(7),(8) 間
ではFE(2) または端子(5),(6) 間にはFE(2')が存在す
る。このFE(2),(2')は材料の種類・厚さを異ならせ得
る。また、共重合をさせる材料の混合比を異ならせるこ
とも可能である。しかしここでは簡単のため同じ厚さで
同じ材料よりなるものと仮定して構成を解く。
【0013】するとFE(2),(2')はそれぞれキャパシタ(C
1)、コンダクタンス(G1)を有する。またふし(7),(6) 間
にはFLC が存在する。このFLC は絶縁性であるため同様
にキャパシタ(1/2C2) 、コンダクタンス(2G2) で表現す
る。さらにC1,G1 にかかる電圧をV1,2G2,1/2C2にかかる
電圧を2V2 とし、全体には2V0 の電圧が印加される。す
るとC1にはQ1が加わりC2にはQ2の電荷が誘起される。
【0014】またふし(7) には電荷Q21 が、またふし
(6) にはQ12 が存在する。かかる場合図2(B) に示すご
とき等価回路に変形できる。
【0015】この等価回路はA-A'に対して上下対称(鏡
面対称)で表現でき、(9) と(9')とは同一電圧となる。
このためかかる図2(B) の回路の上側は図2(C) に変形
できる。このためFLC(図1(1))の両端に存在する電荷Q
【0016】
【数1】
【0017】で表現できる。このため以下においては図
2(C) で検討する。この図2(C) において、この両端子
間にV0の電圧を印加した時、C1,G1 に加わる電圧V1, 電
荷Q1, C2,G2 に加わる電圧をV2, 電荷Q2とすると、
【0018】
【数2】
【0019】でt=0において分圧される。この時、FE
の厚さは4000Å以下であり、FLC の厚さは2〜3μであ
るため、C1はC2より十分大である。その結果、初期にお
いて V2≒V0 となり、初期状態においては印加電圧のほとんどすべて
がFLC に印加される。
【0020】さらにFEとFLC との界面においてt秒後に
蓄積されるQ21は次式で与えられる。
【0021】
【数3】
【0022】この一般式において前記したC1>C2である
条件を考慮する。また抵抗(コンダクタンスの逆数)は
液晶が約2μmの厚さを有し、1つのピクセルを300 μ
m×300 μmである場合、109 Ωのオ−ダを有する。
【0023】他方FEは厚さ2000Åにおいて1011Ωのオ−
ダを有し、液晶に比べて十分大きい抵抗となる。このた
めここではG1≒0として上式を変形すると以下の式を得
る。
【0024】
【数4】
【0025】で与えられる。するとその結果、V1,V2
【0026】
【数5】
【0027】上式を変形して
【0028】
【数6】
【0029】で与えられる。さらにこのV1に対しtが十
分大きくなると、 V1=V0 に近づく。
【0030】即ち、印加の初期においては電極間に印加
した電圧はほとんどがFLC に印加され、その値は殆どの
電圧がFEに印加されることになる。言い換えるならば、
最初FLC を動の状態にする。その後FEにこの電圧が印加
され、このFEが所定の反転または非反転を行い分極す
る。するとこのFEの反転または非反転に従って次にEcが
十分小さいFLC の反転または非反転が決められる。
【0031】即ちFEのPs(自発分極)に従属してFLC の
分極の値を変えさせることができる。その結果、FLC に
十分なEcがなくても、FE自体が有するEcを可変制御する
ことにより、このFEに従ってFLC が従属的に従い、結果
として見掛け上FLC が大きな明確なEcを有するようにさ
せることができる。
【0032】以上の結果より、本発明はスメクチック液
晶と直列に強誘電体を存在せしめ、この強誘電体の分極
に従って液晶の反転、非反転を決定することをその思想
としている。
【0033】そして図1の配向処理層(2),(2')の種類、
厚さを可変することによりC1,G1,C2,G2 を可変でき、Ec
-,Ec+ の値を制御できる。また厚さを厚くするとEcがよ
り大きくなるため、実用上の駆動を考えるならば、100
〜4000Åの範囲が適当であった。
【0034】即ち、この強誘電体をFLC の配向膜用に用
いたものである。このためこの配向処理層(膜またはク
ラスタの総称をいう)の一方または双方の液晶に接する
面側をラビング処理を行う等の工程を考慮するとこのFE
はラビング処理のしやすさにより有機物の強誘電体であ
ることが好ましい。特にビニリデンフロライド(CH2C
F2), ビニリデンクロライド(CH2CCl2) とトリフロロエ
チレン(CHCl ・CCl2),トリクロロエチレン(CHF・CF2),
テトラフロロエチレン(CF2・CF2), テトラクロロエチレ
ン(CCl2 ・CCl2) の2種類またはそれ以上の種類の共重
合体が適している。
【0035】以下に本発明の実施例を示す。
【0036】
【実施例】図1は本発明の一実施例の構成の縦断面図で
ある。図面において、ガラス基板(4),(4')上に透明導電
膜、例えばITO(酸化インジュ−ム・スズ)、さらにこの
一方の上面に第1の電極(3')を他の電極の上面に第2の
配向膜を設けた。
【0037】即ちFEとしてビニリデンフロライト(CH2CF
2)(VDFという)とトリフロロエチレン(TrFE)を混合し、
共重合体(コポリマ)として用いた。これをスピン法に
て電極上に添加薄膜とするため、これを10重量%メチル
・エチル・ケノン溶液にとかした。スピンコ−トする
と、この薄め方とスピナの回転スピ−ドに従ってFEの厚
さを制御できる。この後この溶液を加熱気化除去し、平
均厚さ1500Åとした。実験的には平均厚さが500 Å以上
であると配向処理層はいわゆる配向膜となっており、ま
た平均厚さが200 Å以下ではクラスタ状またその中間で
は両者の混合状態であった。
【0038】本発明においては、さらにこのFEに対し公
知のラビング処理を施し配向させ、配向膜(配向処理
層)とした。他の電極上にも同様にこのFEの配向膜を形
成させた。この側の表面に対しては、ラビング処理を施
すことを省略した。次にこの配向膜が形成された一対の
基板の周辺部を互いに封止(図示せず)し、公知の方法
にてFLC を充填した。この充填される液晶は電界の方向
でスイッチング特性を有する液晶特にFLC を用いた。例
えばF8とB7との1:1 のブレンド品を用いた。この液晶は
OMOOPPとMBRAとのブレンド品を用いてもよい。又例えば
特開昭56-107216,特開昭59-98051, 特開昭59-118744 に
示される液晶を用いてもよい。
【0039】かかるセルの電極は1mm×1mmとなり、マト
リックス構成させ、その電極間に±10V の電圧を走査し
つつ加えた。するとこの電界が加わっても画素はシラン
カップリング材のみを用いた従来の方法では見られない
きわめてきれいなEcを実質的に有せしめることが可能と
なった。
【0040】そして一度Ec+ 以上の正の電荷を加えると
電圧を除去しても透過量の状態となる。他方Ec- 以上の
負の電圧を加えると電圧を除去しても非透過を持続し得
ることがわかる。
【0041】図3は縦軸に規格化した透過率、横軸に印
加電圧を示している。この図面において従来例として示
された曲線(11),(11')はシランカップリング材のみを用
いた非対称配向処理法で得たものである。(この方法で
はEcがきわめて小さくばらつきやすい欠点を有する。)
本発明においては、曲線(10),(10')を得ることができ、
きわめてきれいなEc+,Ec-を得ることができた。そして
このEc+,Ec-以下の電圧が印加されても、透過、非透過
は変化しない。特に最大印加電圧(ここでは±10V)の半
分以上の電圧でEcを有せしめることができた。このため
マトリックス表示が可能となる。
【0042】かかる明確なEcを有するため、例えば720
×480画素を有する大面積のディスプレイに対してもま
ったくクロストークのない表示をさせることが可能とな
り得る。
【0043】本発明において、さらにシュアリング(液
晶を充填した後一方的に微小距離ずらすことにより配向
を行う)法、温度勾配法をラビング法に変えてまたはこ
れに加えて行うことは有効である。
【0044】
【発明の効果】本発明は以上に示す如く、強誘電体を配
向処理層に用い、それを一対の電極の一方または双方に
薄膜状またはクラスタ状に配設したものである。そのた
め、従来のFEをまったく用いない方法に比べてより一層
Ecの明確な液晶装置を得ることができた。
【0045】この強誘電体を下地とし、その上に公知の
配向膜処理膜を形成し、この強誘電体と強誘電性液晶と
を間接的即ち実質的に密接する方式としてもよい。ま
た、この強誘電体は図1の電極等の上のみに選択的に形
成しても、また電極を含む全面に形成してもよい。
【0046】この液晶装置は単にディスプレイのみなら
ずスピ−カ、プリンタまたはディスクメモリに対しても
適用でき、スメクチック液晶の光学的異方性を用いるす
べての液晶装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の液晶装置の一実施例の縦断面図を示
す。
【図2】 本発明の等価回路図を示す。
【図3】 本発明と従来例の特性のー例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜谷 敏次 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 坂間 光範 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 山口 利治 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 小林 一平 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 審査官 田部 元史 (56)参考文献 特開 昭61−17129(JP,A) 特開 昭61−159627(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の容量と第2の容量を有し、前記第
    1の容量と前記第2の容量は電気的に直列に連結され、
    前記第1の容量は自発分極を有する強誘電体より構成さ
    れ、前記第2の容量は液晶より構成され、前記第1の容
    量は前記第2の容量より十分に大きく、前記第2の容量
    に蓄積される電荷が前記第1の容量に蓄積される電荷に
    より保持されることを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、強誘電体は有機物よ
    りなることを特徴とする液晶装置。
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